王春芹 李文濤

摘 要：針對能源動力廠化水車間陰陽離子交換器的設(shè)計缺陷進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的中排技術(shù)改造，較大程度提升了交換器的周期產(chǎn)水量。

關(guān)鍵詞：交換器;周期產(chǎn)水量;中排;樹脂填充量

1 概述

萊鋼能源動力廠化水車間擔(dān)負(fù)著3座130t/h中溫中壓鍋爐所需除鹽水的供應(yīng)工作。系統(tǒng)上采用著過濾+超濾+RO膜+ 一級復(fù)床除鹽的工藝，其中共有陰陽床各3臺采用逆流再生方式。除鹽水最大的供應(yīng)能力為200t/h，陽床實際周期產(chǎn)水為20000t以下，陰床為9000t左右。周期產(chǎn)水量較低，造成了離子交換器失效頻繁、職工勞動強(qiáng)度增大的問題。離子交換器在失效前和投運時，水中離子含量較大，交換器的頻繁失效對水質(zhì)有較大的影響。并且增大除鹽水過失效水的風(fēng)險。

2 周期制水量低的原因分析

化學(xué)水處理是化學(xué)車間的核心， 離子交換器周期產(chǎn)水量是衡量水處理設(shè)備運行狀況一項重要指示， 它直接反應(yīng)化學(xué)除鹽設(shè)備的運行水平， 也直接關(guān)系到發(fā)電成本。能源動力廠型鋼化水車間經(jīng)過多年的努力周期產(chǎn)水量仍存在著一定的問題。

離子交換水處理是通過離子交換樹脂，除去水中呈離子態(tài)雜質(zhì)的水處理方法。直接影響著離子交換水處理的水質(zhì)水平和經(jīng)濟(jì)性。能源動力廠型鋼化水車間離子交換器為逆流再生陰陽離子交換器，里面分別填充著001×7型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和201×7型強(qiáng)堿性陰離子交換器。強(qiáng)酸型樹脂帶有磺酸基（SO3H）交換基團(tuán)與水溶液中的所有陽離子進(jìn)行交換，交換后產(chǎn)生強(qiáng)酸。交換反應(yīng)過程： 2RSO3H+MX=（RSO3）2M=2H2X

強(qiáng)堿型樹脂帶有季胺基[N（CH3）3OH]交換基團(tuán)和陰離子吸附力也很強(qiáng)，與水溶液中所有陰離子起反應(yīng)。交換反應(yīng)過程： ?2RN（CH3）OH++MX=RN（CH3）3X+（OH）3

離子交換器的周期產(chǎn)水量直接反映著離子交換器的工作效率。計算公式為：

周期產(chǎn)水量的影響因素主要是樹脂的體積、樹脂的工作交換容量、水密度、進(jìn)水離子總含量。其中樹脂工作交換容量與許多因素相關(guān)，如進(jìn)水水質(zhì)、運行條件、終點控制標(biāo)準(zhǔn)、樹脂層高、再生劑種類、再生方式、再生劑用量及再生條件等。而進(jìn)水水質(zhì)不變，運行條件、終點控制標(biāo)準(zhǔn)、再生的方式及條件均嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，在不更換樹脂的情況下，樹脂的工作交換容量變化很小。現(xiàn)場又做了大量工作， 進(jìn)行了多次再生進(jìn)酸、堿濃度， 進(jìn)酸、堿量的調(diào)整試驗， 但效果不大。又取陰陽樹脂進(jìn)行了樹脂性能測定試驗， 沒有發(fā)現(xiàn)樹脂性能有異常， 最后把焦點集中在樹脂的體積上。通過打開陰陽床檢查，發(fā)現(xiàn)離子交換器，中排位置偏低，實際的樹脂體積達(dá)不到9.8立方米，嚴(yán)重影響這周期產(chǎn)水量。經(jīng)車間研究分析發(fā)現(xiàn)問題解決方法定在床體的中排改造上，增大交換器內(nèi)樹脂的體積。

中排裝置對離子交換器的運行效果有較大的影響，對其要求是除了能均勻排出再生廢液，防止樹脂亂層或流失外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。進(jìn)行中排改造的原因如下。

2.1 中間排水裝置的理想結(jié)構(gòu)應(yīng)為： 對再生液排水要有一定的阻力， 以保證不發(fā)生偏流; 開孔應(yīng)盡可能多， 以達(dá)到均勻再生的目的。離子交換器直徑達(dá)2.8 m， 而罐內(nèi)樹脂實際交換層高度只有1.9 m， 結(jié)構(gòu)呈扁平圓柱狀， 樹脂的存量不夠.在運行過程中樹脂中的交換基與生水中的陰陽離子自上而下逐一交換直至失效。然而， 實際運行當(dāng)中為確保除鹽水的質(zhì)量， 交換器底部樹脂在運行當(dāng)中必需留有一定的保護(hù)層， 樹脂的實際利用率很低。

2.2 中排水管不僅在再生過程中用于排除廢再生液和頂壓空氣或水的混合物， 而且在小反洗時用作反洗水的分配和小正洗時用作再生液的排放。再生和反洗時要承受致密樹脂層、壓實層的較大作用力， 特別是大反洗時， 因被壓實且流動較小的交換樹脂聚然膨脹， 瞬間沖力更大， 極易造成中排管及托架的彎曲、變形和樹脂跑漏現(xiàn)象。

針對這些問題有必要對交換器中間排水裝置進(jìn)行技術(shù)改造。

3 采取的中排改造措施

針對以上周期制水量低的原因分析， 我們進(jìn)行了以下的技術(shù)改造。

3.1 提高中排支管高度以增加樹脂的體積，并加高支撐槽鋼，進(jìn)行防腐處理后方可安裝在床體內(nèi)。將原來的中排連接支管的接口制造時朝上方，支管相應(yīng)連接后便會提升了高度，根據(jù)人孔的位置可以提升310mm的高度，這樣在填裝樹脂時與支管平齊，只保留有效生產(chǎn)交換功能的樹脂（省略了壓脂層），增加了工作的樹脂數(shù)量。

提高母管支管的水平位置。如圖所示：

改造前，支管分布母管兩側(cè)：

改造后支管分布于母管上方：

3.2 ?盡量減小中排裝置所受載荷力，選用中排裝置的材料時，選用彈性模量大、強(qiáng)度高的鋼材作中排裝置， 特別是在陽離子交換器中， 因介質(zhì)呈酸性， 應(yīng)選用耐酸不銹鋼材。避免造成中排管及托架的彎曲、變形和樹脂跑漏現(xiàn)象。

4 改造后產(chǎn)生的效果

中排改造投運后， 化學(xué)一級除鹽水系統(tǒng)在再生酸堿用量、再生工藝、水源不質(zhì)不變的前提下，周期制水量都有大幅度提高。如下表：

原每周期產(chǎn)水量（t/臺） 現(xiàn)每周期產(chǎn)水量（t/臺）

陽床 20000以下 30000以上

陰床 9000左右 18000以上

4.1 提高了樹脂使用壽命，由原2年更換一次且平時經(jīng)常倒運樹脂提高到現(xiàn)在至少使用五年。

4.2 保證了中排母管支管使用壽命，大大的降低了檢修費用和更換母支管所需要的材料費用。

4.3 ?改造后大大的提高了除鹽水陰陽床的出水量，由原陽床周期出水每臺2萬噸增加至3萬多噸，陰床周期出水量每臺由9000噸增加至18000噸以上。保證了對鍋爐車間用水的供給。

5 結(jié)語

車間對陰陽離子交換器的技術(shù)改造在一定程度上消除了自身結(jié)構(gòu)的不足，大大提升了樹脂的填充空間，為其周期產(chǎn)水量的提升做出了很大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《工業(yè)水處理技術(shù)》第二版 周本省主編 化學(xué)工業(yè)出版社

作者簡介：

王春芹，女，1980年生，2005年畢業(yè)于山東濰坊學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)?，F(xiàn)為山東鋼鐵萊蕪分公司能源動力廠化水車間的高級工程師，從事設(shè)備技術(shù)管理工作。